生物墨水挤出打印成型精度评价方法概述

为了推动挤压生物3D打印结构精度的提升，介绍了以水凝胶为代表的生物墨水挤压打印原理及相关数学模型.针对打印精度的影响因素，从结构设计、生物墨水特性、打印设备及工艺参数三方面进行系统分析，总结各参数对打印精度的作用.按照定量评价方法所涉及参数的维度归纳总结并分析不同方法的优缺点，从仿真预测、克服材料力学行为、辅助打印等方面提出研究思路，为后续挤压生物3D打印技术的进一步发展提供参考.     

一种多姿态便携式履带机器人传动和结构设计

提出了一种新型4自由度便携式履带机器人结构设计方案.机器人采用三段式模块化设计,可迅速拆卸,适合单人携带和进行维护;机器人具有良好的机动性能,在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势.介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并围绕传动设计和结构设计两大方面,对机器人的传动结构布局、传动实现、模块化结构设计、抗冲击结构设计等内容进行了详细阐述.     

一种多姿态便携式履带机器人运动设计及分析

基于未知环境下对机器人运动性能的研究需要,提出了一种新型四自由度便携式履带机器人设计方案,应用模块化设计方法,该方案采用三段式运动结构,使机器人具有良好的路面自适应能力;通过对左右两段的主动配置后,机器人的越障高度、跨沟宽度、攀爬台阶等移动性能明显增强.对其结构组成、运动原理、运动特点进行了介绍及总结,并研究了机器人的运动过程,对其各项运动参数进行了详细的数值分析.     

多运动态便携式机器人抗摔性能的虚拟试验分析

基于动力学软件ADAMS和有限元软件ANSYS,提出一种机器人抗冲击性能的虚拟实验方法,对机器人的抗冲击性进行定性分析和定量分析。基于虚拟样机对机器人碰撞过程进行虚拟实验,通过虚拟传感器检测机器人与地面产生的碰撞力以及子结构之间的相互作用力,获取其力的时域信息。再以有限元分析软件应用为基础,分析子结构在强冲击载荷作用下的应力和应变的分布及变化,确定机器人抗冲击性能的薄弱环节。利用虚拟试验方法对机器人的翼板单元的抗冲击性能进行分析。结果表明,机器人在跌落高度为3m时,前后翼板抗冲击性能良好,证明虚拟试验的方法具有实时、高效和可重复的优点。     

导引头伺服机构的结构非线性动力学特性研究

基于Hertz接触理论,建立了表达角接触球轴承非线性刚度的二自由度矩阵模型;以导引头伺服机构为对象,建立了导引头陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程;借用经典数值算法的思想,提出了一种求解陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程的四阶Runge-Kutta算法,并对陀螺支架的非线性动力学特性进行了虚拟扫频分析。研究发现,由于角接触球轴承接触刚度的非线性,陀螺支架的谐振峰分布在扫频的所有频率范围(0～500Hz)内,而增大装配预紧力却可以提高陀螺装配结构的谐振频率,减少谐振峰的出现频次,故工程上可通过调节装配预紧力来抑制谐振峰值。     

基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人设计

为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机,并在管道中成功进行一系列试验。研究成果提升了伸缩式管道机器人的负载能力与管道适应性,完善了基于自锁原理伸缩式管道机器人的设计理论。     

Effect analysis of friction and damping on anti-backlash gear based on dynamics model with time-varying mesh stiffness

A nonlinear model of anti-backlash gear with time-varying friction and mesh stiffness was proposed for the further study on dynamic characteristics of anti-backlash gear. In order to improve the model precision, applied force analysis was completed in detail, and single or double tooth meshing states of two gear pairs at any timing were determined according to the meshing characteristic of anti-backlash gear. The influences of friction and variations of damping ratio on dynamic transmission error were analyzed finally by numerical calculation and the results show that anti-backlash gear can increase the composite mesh stiffness comparing with the mesh stiffness of the normal gear pair. At the pitch points where the frictions change their signs, additional impulsive effects are observed. The width of impulsive in the same value of center frequency is wider than that without friction, and the amplitude is lower. When gear pairs mesh in and out, damping can reduce the vibration and impact.     

视线稳定平台伺服机构的谐振频率影响因素研究

某红外导引头视线稳定平台,在装调试验过程中发现伺服机构的谐振频率较低.为了解决该问题,从伺服机构的工作原理出发,建立伺服机构动力学方程.对动力学方程进行求解,分析刚度、转动惯量、动不平衡等因素对伺服机构谐振频率的影响程度,最终找出了谐振频率的影响因素和关键部位.进而通过仿真实验提出了提高伺服机构谐振频率的改进措施.研究结果表明,通过改进关键部位的结构参数和提高材料性能,可以大幅提高伺服机构的谐振频率,满足使用的要求.     

一种伸缩式油井管道机器人超高压动密封设计

以自行研制的一种用于水平井检测的伸缩式油井管道机器人为对象,研究了其在充满高温(约150℃)高压(约60 MPa)腐蚀性污油的管道内工作时的动密封问题,采用高耐压高性能的车氏超高压组合密封方案,对机器人关键部件的密封结构进行了设计.初步的实践证明该设计能够达到很好的密封效果,解决了伸缩式油井管道机器人在水平井工作时的超高压动密封问题.     

扭簧加载双片齿轮消隙机构综合啮合刚度

扭簧加载双片齿轮消隙机构(简称消隙齿轮)通过消除或控制回程误差来提高系统的传动精度,对其动态特性的研究具有重要意义。着重分析重合度1 2的消隙齿轮机构啮合点的周期性变化规律,确定任意时刻各啮合齿轮副的单双齿啮合状态,以及基于对称性的正反转之间的转换关系,保证正反转计算的衔接性,有利于进一步研究系统扫频谐振特性;在此基础上引入基于Hertz接触理论及有限元计算结果的啮合刚度计算公式,建立消隙齿轮机构综合啮合刚度模型;通过数值计算,分析扭簧刚度以及各齿轮参数的变化对机构综合啮合刚度的影响,结果表明:在不发生轮齿脱离的啮合状态下,消隙齿轮机构不仅能够消除回差的影响,提高传动精度,而且综合啮合刚度较之于普通齿轮传动啮合刚度有所提高,并且通过优化齿轮参数可以进一步提高系统综合啮合刚度。